Анотація: Розглядаються принципи побудови апаратурних засобів локальних мереж, мережа Ethernet, що підключають пристрої - ретранслятори, мости, маршрутизатори, а також застосування Ethernet в абонентських широкосмугових мережах. Розглядаються кабельні мережі, які використовуються на широкосмуговому абонентському ділянці.
Основи технології Ethernet
Технологія Ethernet [3]. [4]. [17]. [57]. [60]. [70]. [77] - це найпоширеніша технологія локальних мереж. У мережах Ethernet застосовується множинний доступ з контролем несучої і виявленням колізій (Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection - CSMA / CD). Всі комп'ютери мережі мають доступ до загальної шині через вбудований в кожен комп'ютер мережевий адаптер. використовуючи напівдуплексний режим передачі. Схема підключення комп'ютерів по коаксіальному кабелю приведена на рис.6.1.
Мал. 6.1. Мережа Ethernet на коаксіальному кабелі (стандарти 10Base-5 / 10Base-2)
- Кожна станція має рівне право на середу (колективний доступ).
- Кожна станція, що має кадр для того, щоб послати його, спочатку "слухає" (відслідковує) середу. Якщо в середовищі немає даних, станція може почати передачу (стеження за частотою).
- Може трапитися, що дві станції, що стежать за середовищем, знаходять, що вона не зайнята, і починають посилати дані. В цьому випадку виникає конфлікт, званий колізією.
Будь-вузол при наявності кадру до передачі та використаної середовища змушений чекати її звільнення. Ознакою закінчення передачі є пропажа несучої частоти. Після закінчення передачі кадру всі вузли повинні витримати технологічну паузу 9,6 мкс, щоб привести мережеві адаптери в початковий стан і запобігти повторне захоплення середовища одним і тим же вузлом.
Мал. 6.2. Місцезнаходження в стекупротоколів і формати фізичного і канального рівнів мережі Ethernet
Іноді виникають ситуації, коли один вузол вже почав передачу, але інший вузол ще не встиг це виявити і також починає передачу свого кадру. Така ситуація захоплення вільного середовища більш ніж одним вузлом називається колізією. Механізм вирішення колізії полягає в наступному (рис. 6.3):
Мал. 6.3. Обмін сигналами при виникненні колізії
Якщо рівень сигналу не перевищує граничного значення, то вузол продовжує передачу, якщо ж перевищує, то вузол припиняє передачу кадру і посилає в мережу спеціальну 32-бітну jam комбінація (сигнал колізії) з нерегламентованою послідовністю, просто приводить до підвищення рівня сигналу в локальній мережі через збільшення амплітуди імпульсів манчестерського коду сумарного сигналу. Після цього вузол, який знайшов колізію, робить випадкову паузу і потім знову може повторити спробу передачі кадру. Число повторних спроб не може перевищити 16. Якщо ж і після 16-ї спроби кадр викликав колізію, то він відкидається. При великій кількості вузлів ймовірність колізії зростає, і пропускна здатність мережі Ethernet падає, тому що мережу все більший час зайнята обробками колізій і відкиданням кадрів. Три фактори визначають роботу CSMA / CD. мінімальна довжина кадру, швидкість передачі даних і домен конфлікту.
Станції потрібно чекати певний час, щоб переконатися, що на лінії немає ніяких даних, - це час одно мінімальній довжині кадру, розділеної на швидкість передачі (час, який потрібен, щоб передати кадр мінімальної довжини), і пропорційно часу, необхідного для першого біта, щоб пройти максимальне мережеве відстань (домен конфлікту). Іншими словами, ми маємо:
У традиційній Локальної мережі Ethernet. мінімальна довжина кадру - 520 бітів, швидкість передачі - 10 Мбіт / с, швидкість поширення - майже дорівнює швидкості світла, і домен конфлікту - близько 2500 метрів.
Рівні. Мал. 6.4 показує рівні Локальної мережі Ethernet. Рівень ланки передачі даних (канальний рівень) має два підрівні: підрівень управління логічним каналом зв'язку (LLC - Logical Link Control) і підрівень управління доступом (MAC - Media Access Control). LLC-рівень відповідальний за потік і контроль помилок в рівні ланки передачі даних (канальному рівні). Підрівень MAC відповідальний за роботу методу доступу CSMA / CD. Цей підрівень також створює дані, отримані від LLC-рівня, і передає кадри фізичного рівня для кодування. Фізичний рівень перетворює дані в електричні сигнали і посилає їх наступної станції через середу передачі. Цей основний рівень також виявляє конфлікти і повідомляє про них рівню ланки передачі даних (канального рівня).
Мал. 6.4. рівні Ethernet
Мал. 6.5. кадр Ethernet